6.3. Нагрузки от эксцентриситета

При приложении нагрузки к одной из стенок возникает скручивающий балку момент, что приводит к перераспределению нагрузок на элементы поперечного сечения балки.

Схема нагрузок в этом случае [13] показана на рис. 6.2

Рис. 6.2. Схемы к расчету балки и диафрагмы-рамы:

а, б — внешние усилия; в — усилия по контуру рамки; г — эпюра изгибающих моментов от крутящего момента

Координата центра кручения (т. О) в зависимости от соотношения размеров определяется по графикам рис. 6.3, на котором . Отношение на графиках принято равным единице.

Рис. 6.3. Графики зависимости х_К от :1 - =0,25; 2 - 0,50; 3 - 1,0; 4 - 2,0; 5 - 3,0; 6 – 5,0; А -

Крутящий момент

(6.7)

Нагрузки по элементам балки (рис. 6.2, в, г):

(6.8)

Изгибающие моменты в углах рамки

(6.9)

Исследования [13] показывают, что наличие эксцентриситета не влияет на величину изгибающего момента и соответствующих ему нормальных напряжений. Нормальные напряжения от стесненного изгиба и касательные напряжения от кручения балки малы и ими можно пренебречь. Таким образом, эксцентриситет нагрузки вызывает появление дополнительных нагрузок Т_В на стенки и Т_Г на пояса и, следовательно, появление дополнительных касательных напряжений от действия поперечных сил, которые нужно учесть при расчетах, а также деформацию рамки-диафрагмы.

6.4. Прочность и устойчивость стенок

6.4.1. Стенка под рельсом

Стенка под рельсом нагружена нормальными напряжениями от общего изгиба, местными нормальными напряжениями от давления колес тележки и касательными напряжениями среза от поперечной силы при общем нагружении балки и дополнительными касательными напряжениями от эксцентриситета нагрузки.

Нормальные напряжения в стенке от общего изгиба на уровне верхнего пояса

(6.10)

где М.- общий изгибающий момент для балки по формуле (4.2); h - высота стенки; J_х — общий момент инерции балки.

Местные напряжения сжатия на кромке стенки от давления колеса, передающегося на стенку через рельс и пояс,

(6.11)

где σ_уМ — местные напряжения сжатия кромки стенки в вертикальной плоскости; D — давление колеса; с — ко­эффициент, учитывающий способ соединения пояса и стенки: для сварных и прокатных балок с=3,25, для клепа­ных с=3,75; δ_C — толщина стенки; J_P и J_П — моменты инерции рельса и пояса относительно собственных ней­тральных осей; ξ— коэффициент, учитывающий разгру­жающее влияние поперечных ребер жесткости.

При определении J_П в расчет вводится часть пояса шириной от его наружного края до расстояния 10... 12 значений толщины пояса от оси стенки внутрь балки, но не менее ширины подошвы рельса.

График коэффициента ξ для сварных балок приведен на рис.6.4. На графике , (6.12)

где а - расстояние между ребрами жесткости.

Рис. 6.4. График коэффициента влияния ребер ξ

Влияние ребер практически не сказывается (ξ=1) при а=70δ_С, а заметное уменьшение местных напряжений на кромке стенки получается лишь при а=(40...50)δ_С. Так часто целесообразно располагать лишь короткие ребра, длина кото­рых должна быть не менее 0,3h, где h — высота стенки.

Касательные напряжения среза от суммарной поперечной силы (см. формулу 6.8)

(6.13)

в предположении, что её воспринимает только стенка,

. (6-14)

Прочность стенки при плоском напряженном состоянии проверяется по условию:

(6.15)

где — коэффициент неполноты расчета (по формуле 5.2) и табл. 5.1 ...5.5); R_у - расчетное сопротивление материала(табл. 1.2, 1.3).

Устойчивость стенки при действии только касательных напряжений проверяется по указаниям раздела 8.3.4.

При совместном действии нормальных напряжений от общего изгиба балки , и местных нормальных напряжений, а также касательных напряжений τ местная устойчивость проверяется по условию:

(6.16)

Величина критических напряжений среза τ_кр определяется по формуле (8.9). Критические нормальные напряжения существенно зависят от соотношения размеров отсека пластинки , где а — шаг диафрагм, и от соотношения местных и общих нормальных напряжений в соответствии с данными табл. 6.1.

Таблица 6.1

Коэффициенты для проверки устойчивости стенок сварных коробчатых балок [ 1 ]

Коэффи­циенты
	0,5	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0
К1	262	358	481	650	875	1130	1430	1757
	0	0	0,112	0,300	0,633	1,283	2,249	3,939
К2	630	630	823	950	1110	1302	1525	1779

Примечание. При >2 значения коэффициентов равны их г величинам при =2,0.

При ≤0,8 критические напряжения от общего прогиба

МПа, (6.17)

а от местного напряжения

,МПа. (6.18)

При =0,8, если больше значений, указанных в табл.6.1, то местные критические напряжения

,МПа; (6.19)

если не больше значений, указанных в табл.6.1, то местные напряжения определяются по формуле (6.18), но с подстановкой а/2 вместо а как в формулу (6.18), так и в табл. 6.1.

В обоих случаях вычисляется по действительным размерам отсека.

При высоких значениях сжимающих напряжений для устойчивости стенки применяют кроме основных поперечных ребер жесткости продольные ребра на расстоянии (0,25...0,3)h от сжатого пояса и доходящие до продольного ребра короткие поперечные ребра. В этом случае каждый отсек проверяется отдельно (см. 8.3.5) с учетом приведенных выше формул для определения критических напряжений. 1